焊接机器人编程及应用-第四章

焊接机器人编程及应用

（第2版）“十二五”职业教育国家规划教材经全国职业教育教材审定委员会审定中国焊接协会弧焊机器人操作培训与资格认证推荐用书项目4焊接机器人工具坐标系的设置主编：兰虎、张璞乐、孔祥霞项目任务4.1.2

焊接机器人系统坐标系4.2.1T形接头平角焊的焊枪姿态规划4.2.2

机器人焊枪姿态显示4.1.1

焊接机器人系统运动轴任务4.1机器人工具坐标系设置任务4.2点动机器人沿板-板T形接头角焊缝运动4.1.3焊接机器人的点动方式4.1.4工作坐标系的设置方法项目4焊接机器人工具坐标系的设置学习目标学习导图扩展阅读知识测评任务实施知识准备任务提出任务分析知识、能力、素养目标能够辨识焊接机器人系统本体轴和附加轴。能够阐明关节、工件和工具等点动坐标系中的机器人运动规律。能够运用六点（接触）法设置焊接机器人工具坐标系。知识目标返回目录任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1/78技能目标素养目标能够适时选择合适的机器人点动坐标系和运动轴。能够利用示教盒实时查看和精确调整机器人焊枪姿态。能够手动操控机器人沿T形接头角焊缝运动。机器人坐标系类型多样，根据任务要求，灵活选择所需坐标系，锻炼学生具有勇于不断尝试、坚持不懈的学习精神。针对操作难点，引导学生查阅相关技术资料，激发学生的求知欲，培养其孜孜不倦的学习精神。返回目录知识地图任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2/78返回目录4.1机器人工具坐标系设置任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标正如本书项目1中所述，使用工业机器人执行焊接任务，须在其机械接口安装末端执行器（焊枪）。此时，机器人的运动学控制点或工具执行点（工具中心点，TCP）将发生变化，如下图所示。默认情况下，机器人TCP与工具坐标系OtXtYtZt

的原点重合，位于机器人手腕末端的机械法兰中心处。为提高焊枪姿态调整的便捷和保证机器人运动轨迹的精度，当更换焊枪或因碰撞而导致枪颈发生变形时，编程员应重新设置机器人运动学的研究对象——工具坐标系。此任务要求采用六点（接触）法设置Panasonic焊接机器人的工具坐标系。在此过程中，通过点动机器人认知焊接机器人系统的运动轴，并掌握它们在关节、工件（用户）和工具等机器人点动坐标系中的运动特点和规律，为后续机器人运动轨迹示教奠定基础。任务提出3/78返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标4/78按照运动轴的所属系统关系的不同，可将焊接机器人系统的运动轴划分为两类：一是本体轴，主要指构成机器人本体（操作机）的各关节运动轴，属于焊接机器人；二是附加轴，除机器人本体轴以外的运动轴，包括移动或转动机器人本体的基座轴（如线性滑轨，属于焊接机器人）、移动或转动工件的工装轴（如焊接变位机，属于周边辅助设备）等，如下图所示。其中，本体轴和基座轴主要是实现机器人焊枪或TCP的空间定位与定向，而工装轴主要是支承工件并确定其空间位置。焊接机器人系统运动轴的构成返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标5/781、本体轴第一代商用工业机器人（计算智能机器人）基本采用六轴垂直关节型机器人本体。顾名思义，此类机器人本体具有六根独立活动的关节轴，其中靠近机座的三根关节轴被定义为主关节轴，可模仿人体手臂的回转、俯仰和伸缩动作，用于末端执行器的空间定位；其余三根关节轴被定义为副关节轴，可模仿人体手腕的转动、摆动和回转动作，用于末端执行器的空间定向。③—A3轴②—A2轴①—A1轴机器人品牌KUKA主关节轴副关节轴④—A4轴⑤—A5轴⑥—A6轴制造商：Media返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标6/78③—轴3②—轴2①—轴1机器人品牌ABB主关节轴副关节轴④—轴4⑤—轴5⑥—轴6制造商：ABB1、本体轴返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标7/78③—U轴②—L轴①—S轴机器人品牌MOTOMAN主关节轴副关节轴④—R轴⑤—B轴⑥—T轴制造商：Yaskawa1、本体轴返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标8/78③—J3轴②—J2轴①—J1轴机器人品牌FANUC主关节轴副关节轴④—J4轴⑤—J5轴⑥—J6轴制造商：FANUC1、本体轴返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标9/78③—FA轴②—UA轴①—RT轴机器人品牌Panasonic主关节轴副关节轴④—RW轴⑤—BW轴⑥—TW轴制造商：Panasonic1、本体轴返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标10/781、本体轴第二代商业工业机器人（感知智能机器人）大多采用七轴垂直关节型机器人，如下图所示。与第一代机器人相比较，第二代机器人多出一根肘关节轴，可以模拟人体手臂的扭转动作，具有出色的干涉回避和高密度摆放特点。为兼顾产品谱系和用户习惯，日本Yaskawa公司将其生产的MOTOMAN机器人本体主关节轴依次命名为S轴、L轴、E轴、U轴，副关节轴的命名延续第一代命名；ABB、FANUC等公司将其机器人本体轴按照主、副关节轴顺序依次命名。a）Yaskawab）Media七轴焊接机器人本体轴的命名1—S/A1轴2—L/A2轴3—E/A3轴4—U/A4轴5—R/A5轴6—B/A6轴7—T/A7轴返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、附加轴面对越来越多的复杂曲面零件、异形件以及（超）大型结构件的焊接需求，仅靠机器人本体的自由度和工作空间，根本无法保证机器人动作的灵活性和焊枪的可达性。针对此类应用场景，宜采取添加基座轴、工装轴等附加轴来提高系统集成应用的灵活性和费效比。其中，基座轴的集成是将机器人本体以落地、倒挂和侧挂等形式安装在某一移动平台上，形成混联式可移动机器人，通过移动平台的移动轴（P）和/或转动轴（R）模仿人体腿部的移动功能，大大拓展焊接机器人的工作空间和动作的灵活性，获得较高的焊接可达率。焊接机器人基座轴的类型1—E1轴2—E2轴3—E3轴11/78返回目录4.1.1焊接机器人系统运动轴任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、附加轴工装轴的集成主要指的是焊接变位机，包括单轴、双轴、三轴及复合型变位机等，如下图所示。它能将被焊工件移动、转动至合适的位置，辅助机器人在执行焊接任务过程中保持良好的焊接姿态，确保产品质量的稳定性和一致性。上述附加轴由机器人控制器直接控制时，称为内部轴。除此之外，附加轴的运动控制由外部控制器（如PLC）实现，此时称为外部轴。焊接机器人工装轴的类型1—E1轴2—E2轴3—E3轴12/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标坐标系是为确定焊接机器人的位姿而在机器人本体或空间上进行定义的位置指标系统。它从一个称为原点的固定点O通过轴定义平面或空间，机器人位姿通过沿坐标系轴的测量而定位和定向。机器人运动学计算过程实质完成的是物理关节空间和数字笛卡儿（直角）空间的映射。机器人在物理关节空间中的运动描述是以各关节轴的零点为基准；在笛卡儿（直角）空间中的运动描述为TCP（或工具坐标系）相对机座坐标系（或工件坐标系，由机座坐标系变换而来）的空间位置和指向。第一代和第二代焊接机器人系统基本都配置有关节、机座、工具和工件（用户）等机器人点动坐标系。除关节坐标系外，其他坐标系均归属于直角坐标系，其主要差别是原点位置和坐标轴方向略有差异。13/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标坐标系是为确定焊接机器人的位姿而在机器人本体或空间上进行定义的位置指标系统。它从一个称为原点的固定点O通过轴定义平面或空间，机器人位姿通过沿坐标系轴的测量而定位和定向。焊接机器人点动直角坐标系示意1—世界坐标系（OwXwYwZw）2—机座坐标系（ObXbYbZb）3—机械接口坐标系（OmXmYmZm）4—工具坐标系（OtXtYtZt)5—移动平台坐标系（OpXpYpZp）6—工作台坐标系（OkXkYkZk）7—工件坐标系（OjXjYjZj)14/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标常见焊接机器人点动直角坐标系世界坐标系OwXwYwZw机械接口坐标系OmXmYmZm机座坐标系ObXbYbZb工具坐标系OtXtYtZt移动平台坐标系OpXpYpZp工作台坐标系OkXkYkZk工件坐标系OjXjYjZj15/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标关节坐标系（JointCoordinateSystem，JCS）是固接在机器人系统各关节轴线上的一维空间坐标系。在关节坐标系中，焊接机器人系统各运动轴均可实现单轴正向和反向转动（或移动）。关节坐标系适用于点动焊接机器人较大范围运动或变更系统某一运动轴位置（如奇异点解除时调整腕部轴），且运动过程中不需要约束机器人焊枪姿态的场合。1、关节坐标系运动类型轴坐标动作类型运动类型轴坐标动作类型转动手臂回转转动手腕扭转手臂伸缩手腕弯曲手臂仰卧手腕回转六轴焊接机器人本体轴在关节坐标系中的运动特点16/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、关节坐标系2、工件坐标系工件坐标系（ObjectCoordinateSystem，OCS）是编程员根据需要参照作业对象自定义的三维空间正交坐标系，又称用户坐标系。在未定义前，工件坐标系与机座坐标系重合，而且工件坐标系的原点Oj

及坐标轴方向Xj、Yj、Zj

的设置是相对机座坐标系的原点Ob

和坐标轴方向Xb、Yb、Zb。因此，有必要先阐述点动焊接机器人本体轴在机座坐标系中的运动特点。焊接机器人系统基座轴和工装轴等附加轴的点动控制只能在关节坐标系中进行。目前主流的焊接机器人控制器可以实现几十根运动轴的分组控制，一般每组最多控制九根运动轴。当需要点动附加轴时，首先切换至外部附加轴所在的组，然后点按轴图标对应的【动作功能键】。17/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标机座坐标系（BaseCoordinateSystem，BCS）是固接在焊接机器人机座上的直角坐标系。绝大多数品牌的焊接机器人制造商将机器人本体第一根轴的轴线与机座安装面的交点定义为机座坐标系的零点。焊接机器人本体轴在机座坐标系中的运动基本为多轴联动,机座坐标系适用于点动焊接机器人在笛卡儿空间移动且机器人焊枪姿态保持不变，以及绕TCP定点转动的场合。2、工件坐标系运动类型轴坐标动作类型运动类型轴坐标动作类型移动沿X轴移动转动绕焊枪所指方向转动沿Y轴移动绕Y轴转动沿Z轴移动绕Z轴转动六轴焊接机器人本体轴在机座坐标系中的运动特点18/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标作为机器人运动学的（延伸）参考对象，设置工件（用户）坐标系的主要目的是为任务编程中快速调整和查看机器人TCP位姿。同在机座坐标系中的运动规律相似，点动焊接机器人本体轴在工件坐标系中的运动基本为多轴联动，且方便通过绕TCP定点转动来调整焊枪姿态。工件坐标系适用于点动焊接机器人沿焊道（平行）移动或绕焊道定点转动，以及运动轨迹平移和镜像等高级任务编程场合。2、工件坐标系运动类型轴坐标动作类型运动类型轴坐标动作类型移动沿X轴移动转动绕X轴转动沿Y轴移动绕Y轴转动沿Z轴移动绕Z轴转动六轴焊接机器人本体轴在工件坐标系中的运动特点19/78返回目录4.1.2焊接机器人系统坐标系任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标工具坐标系是编程员参照机械接口坐标系而定义的三维空间正交坐标系。在未定义前，工具坐标系与机械接口坐标系重合。焊接机器人本体轴在工具坐标系中的运动基本仍为多轴联动，且能够实现绕TCP定点转动。工具坐标系适用于点动焊接机器人沿焊枪所指方向移动或绕TCP定点转动，以及焊枪横向摆动和运动轨迹平移等场合3、工具坐标系运动类型轴坐标动作类型运动类型轴坐标动作类型移动沿X轴移动转动绕X轴转动沿Y轴移动绕Y轴转动沿Z轴移动绕Z轴转动六轴焊接机器人本体轴在工具坐标系中的运动特点20/78返回目录4.1.3焊接机器人的点动方式任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标在手动模式（T1模式和T2模式）下，编程员需要经常手动控制机器人以时断时续的方式运动，即“点动”焊接机器人。点动就是“一点一动、不点不动”，意在强调编程员手动控制焊接机器人系统运动轴或TCP的运动（方向和速度）。一般来讲，点动焊接机器人有增量点动和连续点动两种操控方式。1、增量点动机器人编程员每点按或微动【动作功能键】（选中某一运动轴）一次，机器人系统被选中的运动轴（或TCP）将以设定好的速度转动固定的角度（步进角）或步进一小段距离（步进位移量）。增量点动机器人适用于手动操作和任务编程时离目标（指令）位姿接近的场合，主要是对机器人焊枪（或工件）的空间位姿进行精细调整。增量点动焊接机器人21/78返回目录4.1.3焊接机器人的点动方式任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、连续点动机器人编程员持续按住【动作功能键】（选中某一运动轴），机器人系统被选中的运动轴（或TCP）将以设定好的速度连续转动或移动。连续点动机器人适用于手动操作和任务编程时离目标（指令）位姿接远的场合，主要是对机器人焊枪（或工件）的空间位姿进行快速粗调整。连续点动焊接机器人22/78返回目录4.1.3焊接机器人的点动方式任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、连续点动机器人无论是增量点动机器人还是连续点动机器人，均应遵循手动操控机器人的基本流程，如下图所示。不同品牌的焊接机器人在示教盒功能启动、点动坐标系切换、运动轴选择及其伺服电源接通等方面存在差异性。点动焊接机器人的基本流程23/78返回目录4.1.3焊接机器人的点动方式任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、连续点动机器人无论是增量点动机器人还是连续点动机器人，均应遵循手动操控机器人的基本流程，如下图所示。不同品牌的焊接机器人在示教盒功能启动、点动坐标系切换、运动轴选择及其伺服电源接通等方面存在差异性。PanasonicGⅢ焊接机器人的点动基本条件操控机器人运动选择系统运动（坐标）轴接通伺服电源选择点动坐标系设置机器人示教速度选择手动模式01020304050501020304050624/78返回目录4.1.4工具坐标系的设置方法任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、设置缘由焊接机器人通过在其手腕末端（机械法兰）安装不同类型的末端执行器来执行多样化任务。机器人在任务示教过程中如何方便快捷地调整焊枪位姿？机器人执行焊接作业时，又如何安全携带焊枪沿指令（规划）路径精确运动？VS任务示教在机器人任务示教过程中，当工具坐标系（TCP）尚未设置或因机器人工具坐标系（TCP）参数丢失而尚未正确设置时，机器人焊枪作业姿态的调整无法通过绕TCP定点转动快捷实现。25/78返回目录4.1.4工具坐标系的设置方法任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、设置缘由焊接机器人通过在其手腕末端（机械法兰）安装不同类型的末端执行器来执行多样化任务。机器人在任务示教过程中如何方便快捷地调整焊枪位姿？机器人执行焊接作业时，又如何安全携带焊枪沿指令（规划）路径精确运动？VS程序测试当机器人执行任务程序时，若遇到末端执行器（焊枪）更换而工具坐标系（TCP）参数不变，以及工具坐标系（TCP）参数未正确设置等情况，此时极易发生机器人末端执行器与工件碰撞、动作不可达等现象而导致停机。26/78返回目录4.1.4工具坐标系的设置方法任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、设置缘由焊接机器人通过在其手腕末端（机械法兰）安装不同类型的末端执行器来执行多样化任务。机器人在任务示教过程中如何方便快捷地调整焊枪位姿？机器人执行焊接作业时，又如何安全携带焊枪沿指令（规划）路径精确运动？VS视觉导引当利用机器视觉进行焊前寻位、焊缝跟踪等自适应焊接时，倘若机器人工具坐标系（TCP）参数未正确设置，机器人视觉导引纠偏容易导致末端执行器与工件发生碰撞，以及动作不可达等现象。27/78返回目录4.1.4工具坐标系的设置方法任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、设置方法焊接机器人工具坐标系的设置既要求定义坐标系的原点（TCP），又要求定义坐标轴的方向。目前，常用的焊接机器人工具坐标系的设置方法包括六点（接触）法和直接输入法两种。采用六点（接触）法设置工具坐标系时，基本原则是点动机器人以若干不同的手臂（腕）姿态指向并接触同一外部（尖端）参照点。六点（接触）法设置焊接机器人工具坐标系28/78返回目录4.1.4工具坐标系的设置方法任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、设置方法除六点（接触）法外，针对相同机型、相同配置的焊接机器人系统批量调试，以及使用者已准确掌握机器人末端执行器（焊枪）的几何尺寸等场合，可以采用直接输入法设置工具坐标系的相关参数。●采用六点（接触）法设置焊接机器人工具坐标系时，应保证焊丝干伸长度与执行焊接作业时的焊丝干伸长度一致。●在实际设置焊接机器人工具坐标系过程中，综合利用六点（接触）法和直接输入法可以获得良好的坐标系（或TCP）设置精度。●新设置的工具坐标系可以通过定向移动和绕外部（尖端）参照点转动检验其精度。一般来讲，若定点转动过程中焊丝端头与参照点的距离偏差未超过焊丝直径，则说明坐标系的设置精度满足机器人弧焊应用。29/78返回目录任务分析任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标完整的焊接机器人工具坐标系设置过程包括坐标系参数计算（或输入）、坐标系编号选择和坐标系精度检验三个步骤。本任务的要求是采用六点（接触）法设置Panasonic焊接机器人的工具坐标系，具体流程如图下图

所示。其中，工具坐标系参数计算是通过记忆同一外部（尖端）参照点的六种不同手臂（腕）姿态，含工具X-Z平面内三种姿态和工具X-Y平面内三种姿态。六点（接触）法设置焊接机器人工具坐标系流程30/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、设置前准备1）准备一个外部尖端点。将尖端点（如销针）放置在机器人工作空间的可达位置。2）检查机器人各关节运动轴的零点是否正确。若发现零点不准，请参照Panasonic焊接机器人电池更换及零点校准方法予以调整。3）机器人原点确认。可通过执行机器人控制器内存储的原点程序，让机器人返回原点（如BW=-90°、RT=UA=FA=RW=TW=0°）。4）焊丝干伸长度调整。根据任务（工艺）需求，合理调整焊丝干伸长度，即焊丝干伸长度为焊丝直径的10～15倍。返回目录31/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、工具坐标参数计算返回目录点动机器人以六种不同手臂（腕）姿态指向并接触同一外部尖端点，并用全局变量记忆位姿数据，然后调用全局变量计算新的工具坐标原点及轴指向。（1）进入全局变量定义画面①在“TEACH”模式下，依次单击主菜单【编辑】→【选项】，在弹出对话框中选择“TCP调整用变量”。②点按【确认键】，选择工具（坐标系）编号，再次点按【确认键】，进入机器人位置记忆（全局变量定义）界面。机器人位置记忆（全局变量定义）界面32/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（2）记忆工具X-Z平面定义变量①调枪姿。在全局变量定义界面中，点按【动作功能键Ⅷ】，（灯灭）→（灯亮），激活机器人动作功能，然后点按【用户功能键F4】，切换机器人点动坐标系为【工具坐标系】，绕转动，调整机器人焊枪喷嘴的指向竖直向下。②点对点。在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，点动机器人沿、、方向线性贴近销针，直至焊丝端头接触到销针顶尖，如下图

所示。1）记忆工具X-Z平面定义点133/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录③记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Z平面定义第二点，输入自定义变量名称（如TCP02），变量定义界面显示“2：TCP02：有效”，如下图所示。工具X-Z平面定义位姿11）记忆工具X-Z平面定义变量34/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录①调枪姿。在工具坐标系中，点动机器人沿方向线性远离销针，然后绕正转，直至TW轴的回转中心线与销针指向平行（BW=-90°）②点对点。在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，再次点动机器人线性贴近销针，直至焊丝端头接触到销针顶尖，如下图所示。2）记忆工具X-Z平面定义点2焊枪姿态（BW=-90°）35/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录③记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Z平面定义第二点，输入自定义变量名称（如TCP02），变量定义界面显示“2：TCP02：有效”，如下图所示。工具X-Z平面定义位姿22）记忆工具X-Z平面定义点236/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录①调枪姿。在工具坐标系中，点动机器人沿方向线性远离销针，然后绕正转，调整机器人焊枪喷嘴至水平指向。②点对点。在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，再次点动机器人线性贴近销针，直至焊丝端头接触到销针顶尖，如下图所示。3）记忆工具X-Z平面定义点3焊枪姿态（焊枪水平）37/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录③记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Z平面定义第三点，输入自定义变量名称（如TCP03），变量定义界面显示“3：TCP03：有效”，如下图所示。工具X-Z平面定义位姿33）记忆工具X-Z平面定义点338/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录①调枪姿、点对点。与工具X-Z平面定义点1的姿态要求相同，调整机器人焊枪喷嘴的指向竖直向下，可以通过点按【用户功能键F2】上移光标至“1：TCP01：有效”所在行，然后按【用户功能键F1】激活机器人测试（跟踪）功能，快速调整机器人焊枪姿态并移动焊丝端头与销针顶尖接触，如图4-10d所示。1）记忆工具X-Y平面定义点1焊枪姿态（焊枪竖直）（3）记忆工具X-Y平面定义变量39/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录②记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Y平面定义第一点，输入自定义变量名称（如TCP04），变量定义界面显示“4：TCP04：有效”，如下图所示。工具X-Y平面定义位姿11）记忆工具X-Y平面定义点140/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录①调枪姿。在工具坐标系中，点动机器人沿方向线性远离销针，然后绕正转30°。2）记忆工具X-Y平面定义点2焊枪姿态（绕Z轴正转30°）②点对点。在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，点动机器人线性贴近销针，直至焊丝端头接触到销针顶尖，如下图所示。41/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录③记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Y平面定义第二点，输入自定义变量名称（如TCP05），变量定义界面显示“5：TCP05：有效”，如下图所示。工具X-Y平面定义位姿22）记忆工具X-Y平面定义点242/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录①调枪姿。①调枪姿。在工具坐标系中，点动机器人沿方向线性远离销针，然后通过机器人测试（跟踪）功能，快速将机器人移至“4：TCP04：有效”记忆的位置，接着绕反转30°。3）记忆工具X-Y平面定义点3焊枪姿态（绕Z轴反转30°）②点对点。在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，再次点动机器人线性贴近销针，直至焊丝端头接触到销针顶尖，如下图所示。43/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录③记位姿。点按【用户功能键F3】使光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前点为工具X-Y平面定义第三点，输入自定义变量名称（如TCP06），变量定义界面显示“6：TCP06：有效”，如下图所示。工具X-Y平面定义位姿33）记忆工具X-Y平面定义点344/78④待六个变量定义结束后，点按【窗口键】移动光光标至菜单栏，依次单击主菜单【文件】→【关闭】，保存机器人位置记忆（全局变量定义）。任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（4）计算工件坐标参数1）依次单击主菜单【设置】→【机器人】，选择“TCP调整”，弹出工具坐标系计算详情对话框。2）在弹出对话框中，单击【浏览】按钮选择已定义的六个全局变量，单击【计算】按钮，系统自动计算工件坐标相对机械接口坐标的原点及轴指向偏移（转）量，然后按【确认键】，将偏移（转）量数据保存至工具文件中。45/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（3）计算工件坐标参数工具坐标参数计算及查看3）待计算完毕，依次单击主菜单【设置】→【机器人】，选择“工具”→“工具”，即可查看新设置的工具坐标偏移（转）量，如下图所示。46/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标3、工具坐标编号选择为检验及使用新设置的工具坐标系，在手动模式（未打开或创建任务程序）下，可以通过如下步骤选择激活指定编号的工具坐标系：依次单击主菜单【设置】→【机器人】，选择“工具”→“标准工具”，在弹出界面中选择工具坐标编号即可。返回目录4、工具坐标精度检验从工具坐标系的原点（TCP）和坐标轴的指向两个方面分别检验坐标系的设置精度:1）在满足点动机器人基本条件前提下，依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工具坐标系】，切换机器人点动坐标系为工具坐标系。47/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录4、工具坐标精度检验2）在工具坐标系中，仍以销针顶尖为基准点，调整焊枪喷嘴竖直向下，然后依次点动机器人沿、、方向线性贴近或远离销针，观察工具坐标轴指向的准确性。同时，绕、、定点转动，观察焊丝端头与基准点的偏离情况，如果偏差在焊丝直径以内，表明工具坐标系的设置精度满足弧焊工艺需求。工具坐标精度检验下图所示。a）原点（TCP）b）坐标轴指向工具坐标精度检验48/78知识测评扩展阅读任务实施任务分析知识准备任务提出扩展阅读大国工匠孙红梅：手执焊枪的“花木兰”【工匠档案】孙红梅，中国人民解放军第五七一三工厂高级工程师。在焊修岗位摸爬滚打20年，从一名普通技术员成长为系统内焊接领域首席技术专家。以一颗“爱岗敬业、技艺精湛、精益求精”的工匠之心，用手中的焊枪为“战鹰”展翅蓝天保驾护航。先后获得“全国五一劳动奖章”“全国五一巾帼标兵”“荆楚楷模”等称号，荣获2019年“大国工匠年度人物”。返回目录49/78返回目录4.2点动机器人沿板-板T形接头角焊缝运动一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为T形接头。T形接头是建筑、桥梁和船舶等钢结构焊接制造最为常见的接头形式之一。根据焊缝所处位置或承受载荷大小，T形接头角焊缝包括I形坡口角焊缝（非承载焊缝）和单边V形、J形、K形、双J形对接焊缝（承载焊缝）两种。本任务要求在任务3.1所设置的工具坐标系和默认的工件坐标系中点动Panasonic焊接机器人，模仿T形接头角焊缝线状焊道运动轨迹示教时的机器人TCP位姿调整，深化对焊接机器人系统运动轴及其在关节、工件和工具等常见机器人点动坐标系中的运动特点的理解，熟悉点动机器人的必要条件。任务提出50/78任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录4.2.1T形接头平角焊的焊枪姿态规划任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标与对接接头相比，构成T形接头的两工件成90°左右的夹角，降低熔敷金属和熔渣的流动性，焊后容易产生咬边和气孔等缺陷。因此，为获得理想的焊接接头质量，合理规划机器人焊枪的空间指向显得尤为重要。序号坡口形式焊缝形式接头示例序号坡口形式焊缝形式接头示例1I形角焊缝2单边V形对接焊缝3单边V形对接焊缝6K形（带钝边）对接焊缝4J形（带钝边）对接焊缝7K形对接和角接的组合焊缝5K形对接焊缝8双J形对接焊缝常见的T形接头坡口形式和焊缝形式51/78返回目录4.2.1T形接头平角焊的焊枪姿态规划任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标对于（I形坡口）T形接头角焊缝而言，当焊脚S1、S2≤7mm时，通常采用单层（道）焊，焊枪行进角α=65°～80°、工作角β=45°，且焊枪指向位置（焊丝端头与接头根部的距离L1、L2）与待焊工件的厚度关联。若板厚T1≤T2，则L1=0mm、L2=（1.0～1.5）Φ；反之，若T1>T2，则L1=（1.0～1.5）Φ、L2=0mm。式中，Φ为焊丝直径，单位为mm；当焊脚S1、S2>7mm时，则需要横向摆动焊枪或采用多层多道焊工艺。T形接头平角焊姿态示意当采用多层多道焊接（I形坡口）T形接头时，通常焊枪行进角保持α=65°～80°，工作角视焊道（层）而实时调整。例如，当焊脚S1、S2=10～12mm时，一般采用两层三道焊，焊第一层（第一道）时，工作角β=45°；焊接第二道焊缝时，应覆盖不小于第一层焊缝的2/3，焊枪工作角稍大些，β=45°～55°；焊接第三道焊缝时，应覆盖第二道焊缝的1/3～1/2，焊枪工作角β=40°～45°，角度太大，易产生焊脚下偏现象。52/78返回目录4.2.2机器人焊枪姿态显示任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标作为一名高水平的焊接机器人编程员，应具备以下三方面能力：一是能够根据接头及坡口形式，合理选择机器人焊枪型号并设置相应的工具坐标系；二是能够根据焊接质量要求，合理规划机器人焊枪姿态；三是能够及时查看机器人焊枪（或TCP）的当前位姿，精确点动机器人至规划位姿。依次单击选择主菜单【视图】→【状态显示】→【位置信息】→【关节】或【直角】，即可弹出机器人（焊枪）姿态实时显示界面。机器人（焊枪）姿态实时显示界面53/78返回目录任务分析任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标使用机器人完成T形接头单侧角焊缝至少需要示教五个目标位置点、双侧角焊缝至少示教九个目标位置点。T形接头机器人平角焊的运动路径和焊枪姿态规划示教点备注示教点备注①原点（HOME）⑦焊接起始点2②焊接临近点1⑧焊接结束点2③焊接起始点1⑨焊接回退点2④焊接结束点1⑤焊接回退点1⑥焊接临近点254/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标1、示教前准备1）工件表面清理。核对试板尺寸，将钢板表面的铁锈和油污等杂质清理干净。2）工件组对点固。使用焊条电弧焊从T形接头两端面进行定位焊，焊点不宜过大。3）工件装夹与固定。选择合适的夹具，将试板固定在焊接工作台上。4）示教模式确认。切换【模式旋钮】对准“TEACH”，选择手动模式。返回目录5）机器人原点确认。执行机器人控制器内已有的原点程序，让机器人返回原点（如BW=-90°、RT=UA=FA=RW=TW=0°）。55/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标2、运动轨迹示教返回目录依次导引机器人通过机器人原点P001、焊接起始点P003、焊接临近点P002、焊接结束点P004、焊接回退点P005等九个目标位置点。其中，机器人原点P001一般设置在远离待焊工件的可动区域的安全位置；焊接临近点P002、P006和焊接回退点P005、P009一般设置在临近焊接作业区间和便于调整焊枪姿态的安全位置。（1）机器人原点P0011）点按【窗口键】，移动光标至菜单栏，依次单击主菜单【视图】→【状态显示】→【位置信息】→【关节】，示教盒界面切换至双视图模式，右侧显示“角度（关节）”界面2）查看机器人各关节运动轴的当前位置，确认焊丝干伸长度56/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（2）焊接起始点P0031）在“TEACH（手动）”模式下，轻握【安全开关】至【伺服接通按钮】指示灯闪烁，此时按下【伺服接通按钮】，指示灯亮，机器人运动轴伺服电源接通2）点按【动作功能键Ⅷ】，（灯灭）→（灯亮），激活机器人动作功能3）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工件坐标系】，切换机器人点动坐标系为系统默认的工件（用户）坐标系，即与【机座坐标系】重合4）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅳ～Ⅵ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人沿、、方向线性贴近焊接起始点附近的参考点，如立板棱角57/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（2）焊接起始点P0035）依次单击主菜单【视图】→【状态显示】→【位置信息】→【直角】，将示教盒右侧界面切换至“XYZ（直角）”显示机器人TCP的当前位姿6）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅲ、Ⅰ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人先后绕-Z轴方向、+X轴（或-X轴）方向定点转动，实时查看示教盒右侧界面显示的机器人TCP姿态，精确调整焊枪工作角β=45°7）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅵ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人沿-Z轴方向线性缓慢移至焊接起始点58/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（2）焊接起始点P0038）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅱ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人绕+Y轴方向定点转动，实时查看示教盒右侧界面显示的机器人TCP姿态，精确调整焊枪行进角α=65°～80°，如下图所示点动机器人至焊接起始点P00359/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（3）焊接临近点P0021）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工具坐标系】，切换机器人点动坐标系为工具坐标系2）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿-X轴方向，点动机器人线性移向远离焊接起始点的安全位置，离起始点的距离为30～50mm60/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（4）焊接结束点P0041）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿+X轴方向，点动机器人线性移至焊接起始点2）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工件坐标系】，切换机器人点动坐标系为工件（用户）坐标系3）在工件（用户）坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿-X轴方向（线状焊道与X轴平行），点动机器人线性移至焊接结束点位置，如下图所示点动机器人至焊接起始点P00461/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（5）焊接回退点P0051）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工具坐标系】，切换机器人点动坐标系为工具坐标系2）在工具坐标系中，继续保持焊枪姿态，沿-X轴方向，点动机器人移向远离焊接结束点的安全位置，离结束点的距离为30～50mm62/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（6）焊接起始点P0071）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工件坐标系】，切换机器人点动坐标系为工件（用户）坐标系2）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅳ～Ⅵ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人沿、、方向线性贴近第二段焊缝起始点附近的参考点，如立板棱角3）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅰ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人绕-Z轴方向定点转动，精确调整焊枪工作角β=45°、行进角α=65°～80°63/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（6）焊接起始点P0074）在工件（用户）坐标系中，使用【动作功能键Ⅵ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人沿-Z轴方向线性缓慢移至第二段焊缝焊接起始点，如图所示点动机器人至焊接起始点P00764/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（7）焊接临近点P0061）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工具坐标系】，切换机器人点动坐标系为工具坐标系2）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿-X轴方向，点动机器人线性移向远离焊接起始点的安全位置，离起始点的距离为30～50mm65/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（8）焊接结束点P0081）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿+X轴方向，点动机器人线性移至焊接起始点2）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工件坐标系】，切换机器人点动坐标系为工件（用户）坐标系3）在工件（用户）坐标系中，保持焊枪姿态不变，沿+X轴方向（线状焊道与X轴平行），点动机器人线性移至焊接结束点位置，如下图所示点动机器人至焊接结束点P00866/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（9）焊接回退点P0091）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【工具坐标系】，切换机器人点动坐标系为工具坐标系2）在工具坐标系中，继续保持焊枪姿态，沿-X轴方向，点动机器人移向远离焊接结束点的安全位置，离结束点的距离为30～50mm67/78任务实施任务实施任务分析知识准备任务提出学习导图学习目标返回目录（10）机器人原点P0012）按住【右切换键】的同时，点按【动作功能键Ⅳ】或依次单击辅助菜单【点动坐标系】→【关节坐标系】，切换机器人点动坐标系为关节坐标系1）点按【窗口键】，移动光标至菜单栏，依次单击主菜单【视图】→【状态显示】→【位置信息】→【关节】，示教盒界面切换至双视图模式，右侧显示“角度（关节）”界面3）在关节坐标系中，使用【动作功能键Ⅰ～Ⅵ】+【拨动按钮】组合键，点动机器人各关节轴转动，实时查看示教盒右侧界面显示的机器人关节运动状态，精确调控机器人返回原点（如BW=-90°、RT=UA=FA=RW=TW=0°）综上可以看出，快速、便捷地完成焊接机器人点动操作需要适时选择恰当的点动坐标系和坐标（运动）轴。焊接机器人的运动轨迹示教要是在工件和工具等直角坐标系中完成。68/78知识测评扩展阅读任务实施任务分析知识准备任务提出扩展阅读Panasonic焊接机器人工件（用户）坐标系的设置工件（用户）坐标系是编程员参照作业对象和相对机座坐标系而定义的三维空间正交坐标系。Panasonic焊接机器人系统默认可以设置30套用户坐标系，编号0～30（编号0表示工件坐标系与机座坐标系重合）。同工具坐标系设置近似，编程员可以采用三点（接触）法设置机器人工件坐标系，分别用于记忆工件坐标系的原点（P1）、X轴方向（P1→P2）和Y轴方向（P1→P3）。返回目录（1）全局变量定义在“TEACH”模式下，依次单击主菜单【编辑】→【全局变量】，选择“登录机器人位置”，弹出机器人位置记忆（全局变量定义）界面。69/78扩展阅读返回目录（2）记忆工件坐标原点变量1）在满足点动机器人基本条件前提下，点按【用户功能键F4】，切换机器人点动坐标系为【工具坐标系】，绕转动，调整机器人焊枪喷嘴的指向竖直向下2）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，点动机器人沿、、方向线性贴近工件，直至焊丝端头接触到自定义的工件坐标原点3）点按【确认键】，记忆当前示教点为工件坐标原点变量位置，输入自定义变量名称（如P1），变量定义界面显示“7：P1：有效”70/78知识测评扩展阅读任务实施任务分析知识准备任务提出扩展阅读返回目录（3）记忆工件坐标X轴方向变量1）在工具坐标系中，保持焊枪姿态不变，点动机器人线性移至工件坐标X轴方向点位置2）点按【用户功能键F3】将光标下移一行，选择未定义变量，然后按【确认键】，记忆当前示教点为工件坐标X轴方向变量，输入自定义变量名称（如P2），变量定义界面显示“8：P2：有效”71/78知识测评扩展阅读任务实施任务分析知识准备任务提出扩展阅读返回目录（3）